動作擷取系統

一、定義與解釋

動作擷取系統(Mocap， Motion Capture System)，為一種可將人體動作擷 取下來轉換為數位資料型態的系統，能夠將真實人體的動作擷取至電腦裡（蔡承 錕，2006）。動作擷取系統主要的功能是將人體動作轉換為電腦可接受的數據資

料，可在運動物體的關鍵部位裝設訊號源，由動作擷取系統記錄訊號的位置、活 動的紀錄，透過電腦的處理後，提供使用者相關資料加以應用（李宗翰，2008）。

二、動作擷取系統簡介

目前有許多的動作擷取系統，如傳統機械式、電磁感應式以及光學式系統，

使用在電影或動畫製作、舞蹈或體操實驗室，要求身體的重要肢段都能偵測到且 講求精密正確，這些是屬於專業級的動作擷取系統；而這幾年因遊戲機、手機、

平板電腦的發展也發展出其他動作擷取系統，如陀螺儀式以及影像式系統，運用 在休閒娛樂上，只要求部分肢段(手或腳)，這些是屬於平價商品化的動作感測系 統。以下是主要動作擷取/感測系統簡介：

1.專業級動作擷取系統

(1)傳統機械式動作擷取系統：

這是最早發展出來的動作擷取系統（李宗翰，2008），如圖 5 所示。機械式 動作擷取系統是利用固定於示範人員身上的「連桿」與「轉軸」來記錄關節的旋 轉角度資料。優點是設備價格低廉，最大的缺點是裝備體積大，限制示範人員某 些動作的表現（李宗翰，2008）。

圖 5 機械式動作擷取系統設備圖（李宗翰，2008）

(2) 電磁感應式動作擷取系統：

電磁感應式系統(如圖 6 所示)可以同時捕捉記錄關節的位移及旋轉角度資 料，一般可以看到捕捉區域附近會有一至二個透明球或黑盒子(磁場產生器)，安 裝於演員身上的感應器其實就是線圈，其原理就是利用線圈在磁場中移動會產生 電流，利用電生磁的方向性定律，得以記錄該線圈在三度空間中的位置及轉動角 度（李宗翰，2008）。

圖 6 電磁感應式動作擷取系統設備圖（李宗翰，2008）

(3)光學式動作擷取系統：

光學式擷取系統採用數台(6 台以上)紅外線(或紅光 LED)攝影機，在示範人 員身上黏貼訊號源，如圖 7 所示。經由攝影機群組拍攝訊號源位置後，可得到每 個訊號源的空間位移軌跡。因光學式系統對示範人員的動作限制最少，所以在目 前各領域中的應用程度最高，當然其設置費用亦最為昂貴（李宗翰，2008）。

圖 7 光學式動作擷取系統設備圖（李宗翰，2008）

2.平價商品化動作感測系統 (1)Wii Remote：

在運用感測儀上最知名的應屬任天堂(http://www.nintendo.com/)在 2006 年 11 月上市的 Wii 其手持遙控器「Wii Remote」，如圖 8 所示。任天堂 Wii 放 在電視端的 sensor bar，左右兩端各有五個紅外線 LED。Wii Remote 的光學感應 器，可以根據這些 LED 成像的位置、角度、變化的速度，計算你距離電視的遠近，

上下左右移動的方向、距離、速度和前後移動的速度（林永祥，2010）。

圖 8 Wii Remote (2)Microsoft Kinect：

在 2010 年 11 月 Microsoft 標 榜 「 你 就 是 遙 控 器 」 的 Kinect 推 出

（DeVincenzi、Yao、Ishii 與 Raskar，2011），如圖 9 所示。Kinect 採用紅外 線 3D 感測技術，無需光點，由攝影機發出紅外線脈衝光照射被攝景物，由 CMOS 影像感測器接收反射回來的紅外線，由系統整合晶片分析，產生代表被攝景物距 離的 VGA 解析度深度圖像，最後透過 USB 2.0 介面傳輸到主機進行進階辨識（林 永祥，2010）。2011 年 6 月微軟公司公布 Kinect SDK for Windows 細節，讓 Kinect 除了可在 Xbox360 平臺上運作外，開發者還可以使用 C++或 C#在其他作業平臺上 開發，此時體感遊戲平民化開發已露出曙光。

圖 9 Microsoft Kinect 三、小結：

綜合上述各動作擷取系統特性，專業級的擷取系統雖較精密，但有單價高，

穿戴不便等問題，不適合在一般學校教學普遍推廣。Wii 這幾年來雖然有其他的 運用，如 Lee(2008)利用 Wii Remote 作出 3D 感應頭盔、低成本的電子白板等；

陳穎盛（2008）利用 Wii Remote 在空中的軌跡當作文字的輸入；Pearl(2008)在 其部落格介紹將 Wii Remote 放置不動，反持較輕的紅外線發射器實作 Wii Remote 互 動 電 子 白 板 等 ， 但 終 究 沒 有 開 放 應 用 程 式 開 發 介 面 (API ； Application Programming Interface)，而且只能偵測人體部分肢段或關節，運用在一般電腦 多媒體軟體上有困難。Kinect 沒有手持或穿戴動作感測儀的負荷，又沒有複雜的 影像處理過程與演算法就能得到人體關節 3D 數值，加上價格便宜（Larry Johnson、Samantha Adams 與 Michele Cummins，2012），甚至微軟公司有意要 讓 Kinect 成為平民級的動作偵測裝置公佈了 Kinect SDK（Alberts，2012），使 得 Kinect 的應用成為全世界的焦點，儼然已成為視覺科技應用的新寵兒。